WO2002061339A1 - Premix burner and method for operating such a premix burner - Google Patents

Premix burner and method for operating such a premix burner Download PDF

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WO2002061339A1
WO2002061339A1 PCT/IB2002/000384 IB0200384W WO02061339A1 WO 2002061339 A1 WO2002061339 A1 WO 2002061339A1 IB 0200384 W IB0200384 W IB 0200384W WO 02061339 A1 WO02061339 A1 WO 02061339A1
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fuel
flow channel
premix burner
premix
inner tube
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PCT/IB2002/000384
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French (fr)
Inventor
Hans Peter KNÖPFEL
Original Assignee
Alstom (Switzerland) Ltd
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
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    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343—Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03343—Pilot burners operating in premixed mode

Definitions

  • the invention relates to a premix burner for generating a homogeneously distributed fuel-air mixture for firing a combustion chamber for driving a gas turbine connected downstream of the combustion chamber.
  • premix combustion has established itself in the combustion of liquid or gaseous fuel in a combustion chamber of a gas turbine.
  • fuel and combustion air are premixed as evenly as possible and then fed into the combustion chamber and ignited.
  • attention is paid to a low flame temperature by means of a large excess of air. In this way, the nitrogen oxide formation can be kept low.
  • a typical premix burner is known for example from EP-387 532 A1.
  • Such premix burners are so-called double-cone burners, which essentially consist of two hollow, conical partial bodies which are nested one inside the other in the direction of flow. The respective central axes of the two partial bodies are offset from one another. The adjacent walls of the two partial bodies form tangential slots in the longitudinal extension for the combustion air, which in this way reaches the interior of the burner.
  • a fuel nozzle for liquid fuel is arranged there. The fuel is injected into the hollow cone at an acute angle. The resulting conical liquid fuel profile is tangential incoming combustion air. The concentration of the fuel is continuously reduced in the axial direction due to the mixing with the combustion air.
  • the premix burner can also be operated with gaseous fuel.
  • gas inflow openings distributed in the longitudinal direction, the so-called premix holes are provided in the region of the tangential slots in the walls of the two partial bodies.
  • the mixture formation with the combustion air therefore begins in the zone of the inlet slots.
  • mixed operation with both types of fuel is also possible in this way.
  • a fuel concentration that is as homogeneous as possible is established over the applied annular cross section.
  • a defined dome-shaped backflow zone is created, at the tip of which is the so-called flame front, the ignition takes place.
  • the fuel distribution ie the mixture profile of the fuel / air mixture
  • the fuel distribution also plays a major role in the area of flame stabilization.
  • the premix burner described above is supplied with premix gas uniformly along the premix perforation, that is to say in the context of a single-stage premix operation, stability problems arise within the backflow zone which forms and the associated flame front, provided the fuel mass flow decreases, for example when the gas turbine is operated in the lower load range. Due to the lower fuel mass flow, the penetration depth of the premix gas supply along the premix injection also decreases and thins out the core zone of the dome-shaped flame front within the burner.
  • the premix burner is switched to so-called pilot mode, in which gaseous fuel is injected along the premix burner near the central fuel nozzle.
  • pilot mode gaseous fuel is injected along the premix burner near the central fuel nozzle.
  • piloting leads to the formation of a diffusion flame, as a result of which very high exhaust gas values, in particular very high NO x emissions, are achieved.
  • mixed mode which is characterized by the fact that fuel is injected through both the premix stage and the pilot stage, combustion chamber pulsations occur in addition to the above-mentioned increased exhaust gas values, which increase the risk of flashback in the premix burner area.
  • the invention is therefore based on the object of improving a premix burner in such a way that the disadvantages mentioned above in relation to the prior art no longer occur or only occur to a significantly reduced extent.
  • the premix burner constructed according to the invention is basically characterized by two components which can be assembled in modules.
  • the premix burner has a premix burner housing which is tube-shaped, i.e. basically takes the form of a tube or a double-sided open cup and is connected downstream via a transition contour to the combustion chamber, which is followed by a gas turbine.
  • the premix burner housing is designed to be open upstream, so that air can flow through the housing.
  • the second component is a burner lance designed as an inner tube, which projects through the upstream opening of the premix burner housing into the interior of the premix burner housing.
  • the burner lance is designed in such a way that, together with the premix burner housing, it includes a flow channel which is annular in cross section.
  • the burner lance also has an inner tube wall that encloses an inner flow channel.
  • the annular flow channel extends along the entire penetration depth of the burner lance within the premix burner housing and, downstream of the burner lance, merges together with the inner flow channel to form a uniform flow channel section which is only limited by the transition contour between the premix burner housing and the combustion chamber.
  • the transition contour is preferably designed in the manner of a Venturi nozzle, so that a mass flow located within this flow section is subject to an increase in flow velocity.
  • At least one fuel addition unit for feeding fuel into the inner flow channel is provided in the inner tube wall of the burner lance.
  • the inner tube wall has at least one further fuel addition unit for feeding fuel into the annular flow channel.
  • the fuel addition units can be supplied with liquid or gaseous fuel.
  • a swirl generator is preferably attached to the outside of the inner tube wall of the burner lance and applies a specific swirl number to the supply air that flows into the annular flow channel.
  • the supply air entering the annular flow channel through the swirl generator is swirled on the one hand in a flow direction predetermined by the swirl generator and on the other hand mixed with liquid and / or gaseous fuel along the annular flow channel.
  • the fuel / air mixture that forms within the annular flow channel combines as it flows through the transition contour to form a flow with a uniform cross-section, which has a homogeneous fuel / air distribution and comes to ignition in the combustion chamber, in which it bursts open the swirl flow forms a stable flame front.
  • a fuel addition unit is typically provided in the inner tube wall, through which gaseous fuel is fed into the annular flow channel.
  • a second fuel addition unit is provided axially downstream of this fuel addition unit, through which liquid fuel is introduced into the annular flow channel.
  • At least one fuel addition unit is provided within the inner tube, through which preferably gaseous fuel is fed into the inner flow channel, which is surrounded by the inner tube wall.
  • gas feed as a pilot gas supply or as a piloted premix gas supply.
  • a fuel addition unit in this regard is to be arranged near the downstream end of the burner lance, so that the gas supply takes place axially near the flame front that forms within the combustion chamber.
  • a diffusion flame forms, which is particularly in lean operating modes, i.e. in partial load operation, the flame front is able to stabilize.
  • the gas is fed into the inner flow channel along the length of the burner lance at a distance from the downstream end of the burner lance, the pilot gas fed in is mixed with the supply air supplied through the inner flow channel, so that the pilot gas / air mixture is in the region of the ignition before ignition Flame front with the rest of the fuel / air mixture originating from the annular flow channel can mix.
  • a gaseous fuel supply into the inner flow channel can be regarded as a premix pilot gas supply and contributes to an increase in performance, in particular under high load conditions.
  • premix burner designed in accordance with the invention, it is possible, on the one hand, to assemble premix burner configurations of different types in a modular manner only by fitting individually adapted burner lances. On the one hand, this contributes to the cost-effective manufacture of such premix burner systems, and on the other hand, one and the same premix burner housing can be equipped with different burner lance modules if the customer's operating requirements change over time.
  • the modular assembly of the premix burner designed according to the invention is made possible by attaching all components that are structurally important for the operating behavior of the premix burner in and on the tube-like burner lance, such as one or more swirl generators and also suitably positioned fuel addition units.
  • This measure enables a standardized premix burner housing to be used, which can be equipped with differently configured burner lances.
  • the premix burner variant described above forms one within the Combustion chamber stable flame front. Such a burner configuration consequently leads to a single-stage combustion.
  • the inner tube wall in the region of the downstream end of the burner lance is designed in a funnel-shaped manner so that the inner flow channel widens divergently in the flow direction before the end of the burner lance, and a swirl generator is also provided for the air entering the inner flow channel at the upstream end of the burner lance
  • a suitable fuel feed into the inner flow channel With a suitable fuel feed into the inner flow channel, a second flame front still occurring within the inner flow channel can be formed, which is located axially in front of the above-described flame front within the combustion chamber.
  • Such a two-stage combustion is associated with the advantage that the flue gases generated during the axially upstream combustion are fed to the combustion downstream axially, whereby the nitrogen oxides produced by the combustion can be significantly reduced.
  • Decisive for the formation of a two-stage combustion is the formation of the downstream end region of the burner lance as a diffuser, through which the swirl flow introduced in the inner flow channel still bursts within the region of the burner lance and forms a stable flame front.
  • a corresponding gaseous fuel addition unit is to be positioned within the tube wall between the swirl generator and the diffuser area of the burner lance.
  • the modular premix burner structure according to the invention enables great variability for the formation of a premix burner, which leads from a single-stage system with pilot gas supply or premixed pilot to a two-stage burner system with two flame positions that are clearly axially separated from one another. Such a large variance is only possible by exchanging the inner burner lance.
  • the structure of the premix burner according to the invention also results in a multitude of different possibilities in which form fuel, regardless of whether it is gaseous or liquid fuel, can be added to the combustion air. As explained above, an axial gradation of the fuel injection can be implemented without any problems, for example in order to optimally coordinate the time delay between fuel injection and flame position.
  • FIG. 1 shows, as it were all Figures 1 to 9, a tubular or tubular premix burner housing 1 which is open at its left end shown in the drawing.
  • the premix burner housing 1 is generally flowed through in the drawing plane from left to right with supply air 12, 13.
  • a transition contour 2 is provided which tapers the flow cross section of the premix burner housing in the manner of a Venturi nozzle.
  • a burner lance 5 designed as an inner tube is introduced, which has an inner tube wall 51 with which it, together with the premix burner housing 1, encloses an annular flow channel 6. Inside the burner lance 5, an inner flow channel 7 is enclosed by the inner inner tube wall 51. According to the exemplary embodiments in FIGS. 1 to 7, the burner lance 5 has an almost straight inner tube wall profile, so that the flow cross sections of both the annular and the inner flow channel remain almost constant along the extension of the burner lance 5.
  • the swirled secondary air 12 mixes along the annular flow channel 6 with the fuel types fed to form an almost homogeneously distributed fuel / air mixture which, after merging in the area of the transition contour 2 and corresponding speed increase, caused by the Venturi nozzle contour in the area of the combustion chamber 3 to ignite becomes.
  • the bursting of the swirl flow results in a dynamic backflow zone 41, which is characterized by the spatially stable flame front 4.
  • a targeted pilot gas supply via the fuel addition unit 10 is used, which leads to a diffusion flame due to its spatial proximity to the flame front 4 and thus to the flame front 4 can stabilize.
  • the inner flow channel 7 is also open upstream, but without swirl generator, so that primary air 13 can be supplied through the inner flow channel 7.
  • the premix burner housing 1 connected to the combustion chamber 3 can be equipped with individually designed burner lances. This is to be described from the figures below, in a non-exhaustive number. To avoid repetitions, system components that have already been described and provided with reference symbols are not explained again in detail. For the rest, reference is made to the attached list of reference symbols.
  • the premix burner variant shown in FIG. 2 has a fuel addition unit 8 ′, which is not integrated within the burner lance 5, but instead feeds gaseous fuel into the annular flow channel 6 through the premix burner housing 1.
  • the remaining structure is the same as that of the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • a correspondingly configured burner lance 5 can be introduced into a premix burner housing 1, which in turn is supplied via certain peripheral components, such as a fuel addition unit 8 ′ Has gaseous fuel. This illustrates the almost arbitrarily available variability for the configuration of the burner lance 5.
  • FIG. 3 shows a premix burner with a fuel addition unit 10, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, spaced axially from the downstream end of the burner lance 5 for feeding gaseous fuel into the inner flow channel 7.
  • a pilot gas supply into the inner flow channel 7, which is axially far from the The flame front 4 which forms within the combustion chamber 3 and does not come to ignition as a diffusion flame can mix with the primary air 13 supplied and mix with the remaining fuel / air mixture which originates from the annular flow channel 6.
  • Such a premix pilot gas supply serves in particular to increase the performance of the premix burner for gas turbine operation under high load.
  • FIG. 4 provides a liquid fuel injection directly at the end of the burner lance 5.
  • the axial spatial position of the flame front 4 can be influenced in particular and the fuel / air ratio in the mixing area can also be influenced.
  • FIG. 5 a shows a multi-stage fuel addition unit 8 ′′ for feeding gaseous fuel into the annular flow channel 6.
  • the burner lance 5 shown in perspective, which has an outlet opening 52 through which the inner flow channel 7 opens.
  • the fuel addition openings 8 ′′ can either be arranged linearly axially one behind the other or can also be positioned in a circular offset.
  • the annular and also the inner flow channel have a conically narrowed flow cross section at locations where a gaseous fuel addition unit 8, 10 is provided, the fuel addition unit being arranged at the narrowest flow cross section in order to avoid local flow feedback (flashback) ,
  • a further swirl generator 14 is provided in the inner flow channel 7, which swirls the primary air 13 with a specific swirl number.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 7 provides a fuel addition unit 9 ′, through which liquid fuel is fed into the annular flow channel 6 from the premix burner housing 1.
  • the premix burner housing wall and the inner tube wall 51 have contours designed in the manner of a venturi nozzle at the points of the fuel feed.
  • the burner lance 5 in FIG. 8 has a contour 15 designed as a diffuser at the downstream region, through which the flow cross section of the inner flow channel 7 is widened conically.
  • a fuel / air swirl flow occurs, which is due to of the widening flow cross section in the area of a first Backflow zone 161 bursts, comes to ignition and forms a first stable flame front 16.
  • the flue gases generated within the first combustion stage are fed to the combustion downstream, starting with the stable flame front 4, of a further combustion process, as a result of which the NO x exhaust gas values can be considerably reduced.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 9 shows a diffuser 15 which, in contrast to FIG. 8, has a rectilinear design, by means of which two-stage combustion can be implemented in the same way.
  • Inner flow channel 9.10 fuel addition units 1 swirl generator 2 secondary air 3 primary air

Abstract

A premix burner is disclosed, in which air and fuel may be mixed to give a fuel/air mixture, for the formation of at least one stable flame front, within a combustion chamber arranged downstream, for driving a gas turbine arranged after the combustion chamber, comprising a premix burner housing, which is embodied in the form of an open tube, connected downstream to the combustion chamber, by means of a transition contour and through which air can flow, a burner lance embodied as an inner tube, extending on the upstream side into the interior of the premix burner housing, enclosing an annular cross-section flow channel with the premix burner housing and comprising an inner tube wall which surrounds an inner flow channel, in which at least one fuel supply unit for the supply of fuel into the inner flow channel is provided and at least one other fuel supply unit for the supply of fuel to the annular flow channel is provided such that, downstream of the inner tube, in the region of the combustion chamber, the fuel/air mix is ignited within the flame front.

Description

Vormischbrenner sowie Verfahren zum Betrieb eines derartigen Vormischbrenners Premix burner and method for operating such a premix burner
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf einen Vormischbrenner, zur Erzeugung eines homogen verteilten Brennstoff-Luft-Gemisches zur Befeuerung einer Brennkammer für den Antrieb einer der Brennkammer nachgeschalteten Gasturbine.The invention relates to a premix burner for generating a homogeneously distributed fuel-air mixture for firing a combustion chamber for driving a gas turbine connected downstream of the combustion chamber.
Stand der TechnikState of the art
Bei der Verbrennung flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes in einer Brennkammer einer Gasturbine hat sich die sogenannte Vormischverbrennung etabliert. Hierbei werden Brennstoff und Verbrennungsluft möglichst gleichmässig vorgemischt und anschliessend in die Brennkammer geleitet und zur Zündung gebracht. Um ökologischen Gesichtspunkten gerecht zu werden, achtet man auf eine niedrige Flammentemperatur mittels einem grossen Luftüberschuss. Auf diese Weise kann die Stickoxidbildung klein gehalten werden.So-called premix combustion has established itself in the combustion of liquid or gaseous fuel in a combustion chamber of a gas turbine. Here, fuel and combustion air are premixed as evenly as possible and then fed into the combustion chamber and ignited. In order to do justice to ecological aspects, attention is paid to a low flame temperature by means of a large excess of air. In this way, the nitrogen oxide formation can be kept low.
Ein typischer Vormischbrenner ist beispielsweise aus der EP-387 532 A1 bekannt. Bei derartigen Vormischbrennem handelt es sich um sogenannte Doppelkegelbrenner, die im wesentlichen aus zwei hohlen, kegelförmigen Teilkörpem bestehen, die in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelt sind. Dabei sind die jeweiligen Mittelachsen der beiden Teilkörper gegeneinander versetzt. Die benachbarten Wandungen der beiden Teilkörper bilden in deren Längserstreckung tangentiale Schlitze für die Verbrennungsluft, die auf diese Weise in das Brennerinnere gelangt. Dort ist eine Brennstoffdüse für flüssigen Brennstoff angeordnet. Der Brennstoff wird in einem spitzen Winkel in die Hohlkegel eingedüst. Das entstehende kegelige Flüssigbrennstoffprofil wird von der tangential einströmenden Verbrennungsluft umschlossen. In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes fortlaufend infolge der Vermischung mit der Verbrennungsluft abgebaut.A typical premix burner is known for example from EP-387 532 A1. Such premix burners are so-called double-cone burners, which essentially consist of two hollow, conical partial bodies which are nested one inside the other in the direction of flow. The respective central axes of the two partial bodies are offset from one another. The adjacent walls of the two partial bodies form tangential slots in the longitudinal extension for the combustion air, which in this way reaches the interior of the burner. A fuel nozzle for liquid fuel is arranged there. The fuel is injected into the hollow cone at an acute angle. The resulting conical liquid fuel profile is tangential incoming combustion air. The concentration of the fuel is continuously reduced in the axial direction due to the mixing with the combustion air.
Der Vormischbrenner kann ebenfalls mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden. Hierzu sind im Bereich der tangentialen Schlitze in den Wandungen der beiden Teilkörper in Längsrichtung verteilte Gaseinströmöffnungen, die sogenannten Premixbelochung, vorgesehen. Im Gasbetrieb beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft somit bereits in der Zone der Eintrittsschlitze. Es versteht sich, dass auf diese Weise auch ein Mischbetrieb mit beiden Brennstoffarten möglich ist. Am Brenneraustritt stellt sich eine möglichst homogene Brennstoffkonzentration über dem beaufschlagten kreisringförmigen Querschnitt ein. Es entsteht am Brenneraustritt eine definierte kalottenförmige Rückströmzone, an deren Spitze, der sogenannten Flammenfront die Zündung erfolgt.The premix burner can also be operated with gaseous fuel. For this purpose, gas inflow openings distributed in the longitudinal direction, the so-called premix holes, are provided in the region of the tangential slots in the walls of the two partial bodies. In gas operation, the mixture formation with the combustion air therefore begins in the zone of the inlet slots. It goes without saying that mixed operation with both types of fuel is also possible in this way. At the burner outlet, a fuel concentration that is as homogeneous as possible is established over the applied annular cross section. At the burner outlet, a defined dome-shaped backflow zone is created, at the tip of which is the so-called flame front, the ignition takes place.
Nun ist aus verschiedenen Druckschriften, beispielsweise Combust. Sei. and Tech. 1992, Vol. 87, Seiten 329 bis 362 bekannt, dass bei einer perfekt vorgemischten Flamme die Größe der Rückströmzone, die gleichbedeutend ist mit dem sogenannten Flammenstabilisationsgebiet, keinen Einfluss auf die Stickoxydemissionen hat. Andererseits jedoch werden die Kohlenoxydemissionen sowie die Emissionen hinsichtlich ungesättigter Kohlenwasserstoffe (UHC) und im speziellen die Löschgrenzen der jeweiligen Vormischbrenner durch die Größe der Rückströmzone stark beeinflusst. Dies bedeutet, dass je grösser die Rückströmzone ausgebildet ist, um so mehr fallen die Kohlenoxydemissionen, die Emissionen hinsichtlich ungesättigter Kohlenwasserstoffe sowie die Löschgrenze. Dies hat auch zur Folge, dass mit einer grösseren Rückströmzone ein grösserer Lastbereich des Vormischbrenners abgedeckt werden kann, ohne dass dabei die Flamme gelöscht wird. Neben der Größe der Rückströmzone, die wie vorstehend erläutert, entscheidenden Einfluss auf die Betriebsweise der einzelnen Vormischbrenner hat, spielt auch die Brennstoffverteilung, d.h. das Mischungsprofil des Brennstoff-/Luft- Gemisches im Bereich der Flammenstabilisation eine grosse Rolle. Wird der vorstehend beschriebene Vormischbrenner einheitlich längs der Premixbelochung mit Premixgas versorgt, d.h. im Rahmen eines einstufigen Premixbetriebes, so ergeben sich Stabilitätsprobleme innerhalb der sich ausbildenden Rückströmzone und der damit verbundenen Flammenfront, sofern der Brennstoffmassenstrom abnimmt, beispielsweise wenn die Gasturbine im unteren Lastbereich betrieben wird. Durch den geringeren Brennstoffmassenstrom nimmt zugleich auch die Eindringtiefe der Premixgaszufuhr entlang der Premixeindüsung ab und magert die Kernzone der sich kalottenförmig ausbildenden Flammenfront innerhalb des Brenners aus. Durch die dabei auftretenden Instabilitäten kann die Flamme gelöscht werden. Um bei diesen Betriebsbedingungen eine verbesserte Flammenstabilisation zu erreichen, wird der Vormischbrenner auf den sogenannten Pilotbetrieb umgeschaltet, bei dem gasförmiger Brennstoff nahe der zentralen Brennstoffdüse längs des Vormischbrenners eingedüst wird. Eine derartige Pilotierung führt jedoch zur Ausbildung einer Diffusionsflamme, wodurch sehr hohe Abgaswerte, insbesondere sehr hohe NOx-Emissionen erreicht werden. Betreibt man den Vormischbrenner in dem sogenannten Mischbetrieb, der sich dadurch auszeichnet, dass Brennstoff sowohl durch die Premixstufe als auch durch die Pilotstufe eingedüst wird, treten neben den vorstehend genannten erhöhten Abgaswerten vermehrt Brennkammerpulsationen auf, die die Gefahr des Flammenrückschlages in den Vormischbrennerbereich erhöhen.Now is from various publications, such as Combust. Be. and tech. 1992, Vol. 87, pages 329 to 362 that with a perfectly premixed flame the size of the backflow zone, which is synonymous with the so-called flame stabilization area, has no influence on nitrogen oxide emissions. On the other hand, however, the carbon oxide emissions as well as the emissions with regard to unsaturated hydrocarbons (UHC) and in particular the extinguishing limits of the respective premix burners are strongly influenced by the size of the backflow zone. This means that the larger the backflow zone, the lower the carbon oxide emissions, the unsaturated hydrocarbon emissions and the extinguishing limit. This also means that a larger backflow zone can cover a larger load range of the premix burner without extinguishing the flame. In addition to the size of the backflow zone, which, as explained above, has a decisive influence on the operation of the individual premix burners, the fuel distribution, ie the mixture profile of the fuel / air mixture, also plays a major role in the area of flame stabilization. If the premix burner described above is supplied with premix gas uniformly along the premix perforation, that is to say in the context of a single-stage premix operation, stability problems arise within the backflow zone which forms and the associated flame front, provided the fuel mass flow decreases, for example when the gas turbine is operated in the lower load range. Due to the lower fuel mass flow, the penetration depth of the premix gas supply along the premix injection also decreases and thins out the core zone of the dome-shaped flame front within the burner. The flame can be extinguished due to the instabilities that occur. In order to achieve improved flame stabilization under these operating conditions, the premix burner is switched to so-called pilot mode, in which gaseous fuel is injected along the premix burner near the central fuel nozzle. However, such piloting leads to the formation of a diffusion flame, as a result of which very high exhaust gas values, in particular very high NO x emissions, are achieved. If the premix burner is operated in the so-called mixed mode, which is characterized by the fact that fuel is injected through both the premix stage and the pilot stage, combustion chamber pulsations occur in addition to the above-mentioned increased exhaust gas values, which increase the risk of flashback in the premix burner area.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Vormischbrenner dahingehend zu verbessern, dass die vorstehend zum Stand der Technik genannten Nachteile nicht mehr auftreten bzw. nur in einem erheblich reduzierten Maße in Erscheinung treten. Insbesondere gilt es, einen Vormischbrenner derart zu konzipieren, so dass sich der Betriebsbereich des Brenners sowohl unter niedrigen Lastbedingungen durch hohe Stabilität auszeichnet, d.h. ein Rückschlagen der Rückströmzone in den Bereich des Vormischbrenners soll nahezu vollständig . ausgeschlossen werden. Insbesondere gilt es den Vormischbrenner derart zu gestalten, dass trotz hohen Stabilitätsanforderungen und niedrigen Abgasemissionen eine leichte und kostengünstige Anpassung des Vormischbrenners an unterschiedliche Brennerbedingungen möglich ist. So soll insbesondere gewährleistet sein, dass der Vormischbrenner in konstruktiv einfacher Weise und möglichst kostengünstig an individuelle Brennerbedingungen angepasst werden kann.The invention is therefore based on the object of improving a premix burner in such a way that the disadvantages mentioned above in relation to the prior art no longer occur or only occur to a significantly reduced extent. In particular, it is important to design a premix burner in such a way that the operating range of the burner is characterized by high stability both under low load conditions, that is to say that the backflow zone should almost completely return to the region of the premix burner. be excluded. In particular, it is important to design the premix burner in such a way that, despite high stability requirements and low exhaust gas emissions, the premix burner can be adapted easily and inexpensively different burner conditions is possible. In particular, this is to ensure that the premix burner can be adapted to individual burner conditions in a structurally simple manner and as inexpensively as possible.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand der Ansprüche 18 und 19 sind Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäß ausgebildeten Vormischbrenners. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche und insbesondere der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele gemäß Figuren zu entnehmen.The solution to the problem on which the invention is based is specified in claim 1. The subject of claims 18 and 19 are methods for operating the premix burner designed according to the invention. Features which advantageously further develop the inventive concept are the subject matter of the subclaims and in particular the description with reference to the exemplary embodiments according to the figures.
In Abkehr zu dem vorstehend beschriebenen Konzept des Doppelkegel- Vormischbrenners, der konstruktionsbedingt über einen festgelegten Aufbau verfügt und an bestimmte Betriebsbedingungen optimal angepasst ist, zeichnet sich der erfindungsgemäß aufgebaute Vormischbrenner grundsätzlich durch zwei Komponenten aus, die modulartig zusammenfügbar sind.In a departure from the concept of the double-cone premix burner described above, which, due to its construction, has a fixed structure and is optimally adapted to certain operating conditions, the premix burner constructed according to the invention is basically characterized by two components which can be assembled in modules.
Zum einen weist der Vormischbrenner ein Vormischbrennergehause auf, das tubusartig ausgebildet ist, d.h. grundsätzlich die Form einer Röhre oder eines zweiseitig offen ausgebildeten Kelches annimmt und stromab über eine Übergangskontur mit der Brennkammer, der eine Gasturbine nachgeordnet ist, verbunden ist. Das Vormischbrennergehause ist stromauf offen ausgebildet, so dass das Gehäuse von Luft durchströmt werden kann.On the one hand, the premix burner has a premix burner housing which is tube-shaped, i.e. basically takes the form of a tube or a double-sided open cup and is connected downstream via a transition contour to the combustion chamber, which is followed by a gas turbine. The premix burner housing is designed to be open upstream, so that air can flow through the housing.
Als zweite Komponente ist eine als Innentubus ausgebildete Brennerlanze vorgesehen, die durch die stromaufseitige Öffnung des Vormischbrennergehäuses in das Innere des Vormischbrennergehäuses hineinragt. Die Brennerlanze ist derart ausgebildet, dass sie zusammen mit dem Vormischbrennergehause einen im Querschnitt ringförmigen Strömungskanal einschließt. Zudem weist die Brennerlanze eine Innentubuswand auf, die einen inneren Strömungskanal umschließt. Der ringförmige Strömungskanal erstreckt sich längs der gesamten Eindringtiefe der Brennerlanze innerhalb des Vormischbrennergehäuses und vereinigt sich stromab der Brennerlanze zusammen mit dem inneren Strömungskanal zu einem einheitlichen Strömungskanalabschnitt, der lediglich durch die Übergangskontur zwischen dem Vormischbrennergehause und der Brennkammer begrenzt ist. Vorzugsweise ist die Übergangskontur in Art einer Venturidüse ausgebildet, so dass eine sich innerhalb dieses Strömungsabschnittes befindliche Massenströmung einer Strömungsgeschwindigkeitserhöhung unterliegt.The second component is a burner lance designed as an inner tube, which projects through the upstream opening of the premix burner housing into the interior of the premix burner housing. The burner lance is designed in such a way that, together with the premix burner housing, it includes a flow channel which is annular in cross section. The burner lance also has an inner tube wall that encloses an inner flow channel. The annular flow channel extends along the entire penetration depth of the burner lance within the premix burner housing and, downstream of the burner lance, merges together with the inner flow channel to form a uniform flow channel section which is only limited by the transition contour between the premix burner housing and the combustion chamber. The transition contour is preferably designed in the manner of a Venturi nozzle, so that a mass flow located within this flow section is subject to an increase in flow velocity.
Ferner ist in der Innentubuswand der Brennerlanze wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit zum Einspeisen von Brennstoff in den inneren Strömungskanal vorgesehen. Zusätzlich weist die Innentubuswand wenigstens eine weitere Brennstoffzugabeeinheit zum Einspeisen von Brennstoff in den ringförmigen Strömungskanal auf.Furthermore, at least one fuel addition unit for feeding fuel into the inner flow channel is provided in the inner tube wall of the burner lance. In addition, the inner tube wall has at least one further fuel addition unit for feeding fuel into the annular flow channel.
Die Brennstoffzugabeeinheiten können je nach Anwendungsfall mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff versorgt werden. Zur Ausbildung einer sich innerhalb der Brennkammer stabil ausbildenden Flammenfront ist vorzugsweise an der Aussenseite der Innentubuswand der Brennerlanze ein Drallerzeuger angebracht, der Zuluft, die in den ringförmigen Strömungskanal hineinströmt, mit einer bestimmten Drallzahl beaufschlagt. Die durch den Drallerzeuger in den ringförmigen Strömungskanal eintretende Zuluft wird einerseits in einer durch den Drallerzeuger vorgegebenen Strömungsrichtung verwirbelt und andererseits längs des ringförmigen Strömungskanals mit flüssigem und/oder gasförmigem Brennstoff vermischt. Das sich innerhalb des ringförmigen Strömungskanals ausbildende Brennstoff-/Luft- Gemisch vereint sich beim Durchströmen durch die Übergangskontur zu einer im Querschnitt einheitlichen Strömung, die eine homogene Brennstoff-/Luft-Verteilung aufweist und zur Zündung in die Brennkammer gelangt, in der sie durch Aufplatzen der Drallströmung eine stabile Flammenfront bildet.Depending on the application, the fuel addition units can be supplied with liquid or gaseous fuel. In order to form a flame front that is stable within the combustion chamber, a swirl generator is preferably attached to the outside of the inner tube wall of the burner lance and applies a specific swirl number to the supply air that flows into the annular flow channel. The supply air entering the annular flow channel through the swirl generator is swirled on the one hand in a flow direction predetermined by the swirl generator and on the other hand mixed with liquid and / or gaseous fuel along the annular flow channel. The fuel / air mixture that forms within the annular flow channel combines as it flows through the transition contour to form a flow with a uniform cross-section, which has a homogeneous fuel / air distribution and comes to ignition in the combustion chamber, in which it bursts open the swirl flow forms a stable flame front.
Je nach Leistungsauslegung der Gasturbine kann die Anzahl der innerhalb der Innentubuswand vorgesehenen Brennstoffzugabeeinheiten beliebig variabel gewählt werden. Typischerweise ist in der Innentubuswand eine Brennstoffzugabeeinheit vorgesehen, durch die gasförmiger Brennstoff in den ringförmigen Strömungskanal eingespeist wird. Axial in Strömungsrichtung dieser Brennstoffzugabeeinheit nachgeordnet ist eine zweite Brennstoffzugabeeinheit vorgesehen, durch die Flüssigbrennstoff in den ringförmigen Strömungskanal eingeleitet wird. Selbstverständlich ist es möglich, mehrere axial nacheinander angeordnete Brennstoffzugabeeinheiten, durch die entweder flüssig- oder gasförmiger Brennstoff in den ringförmigen Kanal eingespeist werden, vorzusehen.Depending on the power rating of the gas turbine, the number of fuel addition units provided within the inner tube wall can be selected as desired become. A fuel addition unit is typically provided in the inner tube wall, through which gaseous fuel is fed into the annular flow channel. A second fuel addition unit is provided axially downstream of this fuel addition unit, through which liquid fuel is introduced into the annular flow channel. Of course, it is possible to provide several fuel addition units arranged axially one after the other, through which either liquid or gaseous fuel is fed into the annular channel.
Zur Verbesserung der Stabilität der sich ausbildenden Flammenfront innerhalb der Brennkammer sowie auch zur Vergrößerung der Betriebsbereiche der die Gasturbine befeuernden Brennkammer ist innerhalb des Innentubus wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit vorgesehen, durch die vorzugsweise gasförmiger Brennstoff in den inneren Strömungskanal eingespeist wird, der von der Innentubuswand umgeben wird. Je nach Positionierung einer diesbezüglichen Gaszufuhr in den inneren Strömungskanal längs der Brennerlanze ist es möglich, die Gaseinspeisung als Pilotgaszufuhr oder als pilotierte Premixgaszufuhr einzusetzen.To improve the stability of the flame front that forms within the combustion chamber and also to enlarge the operating areas of the combustion chamber firing the gas turbine, at least one fuel addition unit is provided within the inner tube, through which preferably gaseous fuel is fed into the inner flow channel, which is surrounded by the inner tube wall. Depending on the positioning of a relevant gas supply in the inner flow channel along the burner lance, it is possible to use the gas feed as a pilot gas supply or as a piloted premix gas supply.
Soll eine längs der Innenseite innerhalb der Innentubuswand vorgesehene Gaszufuhr als Pilotgaszufuhr dienen, so ist eine diesbezügliche Brennstoffzugabeeinheit nahe dem stromabwärtigen Ende der Brennerlanze anzuordnen, so dass die Gaszufuhr axial nahe der sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Flammenfront erfolgt. Mit einer derartigen Gaszufuhr bildet sich eine Diffusionsflamme aus, die insbesondere bei mageren Betriebsarten, d.h. im Teillastbetrieb, die Flammenfront zu stabilisieren vermag.If a gas supply provided along the inside inside the inner tube wall is to serve as a pilot gas supply, then a fuel addition unit in this regard is to be arranged near the downstream end of the burner lance, so that the gas supply takes place axially near the flame front that forms within the combustion chamber. With such a gas supply, a diffusion flame forms, which is particularly in lean operating modes, i.e. in partial load operation, the flame front is able to stabilize.
Wird hingegen die Gaszufuhr in den inneren Strömungskanal längs zur Erstreckung der Brennerlanze beabstandet vom stromabwärtigen Ende der Brennerlanze vorgenommen, so erfolgt eine Durchmischung des eingespeisten Pilotgases mit der durch den inneren Strömungskanal zugeführten Zuluft, so dass sich das Pilotgas- Luftgemisch noch vor Entzündung im Bereich der Flammenfront mit dem übrigen, aus dem ringförmigen Strömungskanal herrührenden Brennstoff-/Luft-Gemisch zu durchmischen vermag. Eine derartige gasförmige Brennstoffzufuhr in den inneren Strömungskanal kann als Premix-Pilotgaszufuhr angesehen werden und trägt zur Leistungssteigerung insbesondere bei hohen Lastbedingungen bei.If, on the other hand, the gas is fed into the inner flow channel along the length of the burner lance at a distance from the downstream end of the burner lance, the pilot gas fed in is mixed with the supply air supplied through the inner flow channel, so that the pilot gas / air mixture is in the region of the ignition before ignition Flame front with the rest of the fuel / air mixture originating from the annular flow channel can mix. Such a gaseous fuel supply into the inner flow channel can be regarded as a premix pilot gas supply and contributes to an increase in performance, in particular under high load conditions.
Mit Hilfe des erfindungsgemäß ausgebildeten Vormischbrenners ist es zum einen möglich, Vormischbrennerkonfigurationen unterschiedlicher Ausprägung lediglich durch Bestücken individuell angepasster Brennerlanzen modulartig zusammenzustellen. Dies trägt einerseits zur kostengünstigen Herstellung derartiger Vormischbrennersysteme bei, andererseits kann ein und dasgleiche Vormischbrennergehause mit unterschiedlichen Brennerlanzenmodule bestückt werden, sollten sich die Betriebswünsche durch den Kunden im Laufe der Zeit ändern.With the help of the premix burner designed in accordance with the invention, it is possible, on the one hand, to assemble premix burner configurations of different types in a modular manner only by fitting individually adapted burner lances. On the one hand, this contributes to the cost-effective manufacture of such premix burner systems, and on the other hand, one and the same premix burner housing can be equipped with different burner lance modules if the customer's operating requirements change over time.
Der modulartige Zusammenbau des erfindungsgemäß ausgebildeten Vormischbrenners wird dadurch möglich, indem alle für das Betriebsverhalten des Vormischbrenners konstruktiv wichtigen Komponenten in und an der tubusartigen Brennerlanze angebracht sind, wie beispielsweise ein oder mehrere Drallerzeuger sowie auch geeignet positionierte Brennstoffzugabeeinheiten. Durch diese Maßnahme kann ein standardisiertes Vormischbrennergehause verwendet werden, das mit unterschiedlich konfigurierten Brennerlanzen bestückt werden kann.The modular assembly of the premix burner designed according to the invention is made possible by attaching all components that are structurally important for the operating behavior of the premix burner in and on the tube-like burner lance, such as one or more swirl generators and also suitably positioned fuel addition units. This measure enables a standardized premix burner housing to be used, which can be equipped with differently configured burner lances.
Ferner ist es möglich, eine Vielzahl axial längs der Brennerlanze angeordnete Brennstoffzugabeeinheiten vorzusehen, die einzeln mit Brennstoffzuführleitungen verbunden sind. Auf diese Weise ist es möglich, ein Umschalten zwischen der vorstehend beschriebenen Pilotgaszuführung und der Premixpilotgaszufuhr zu gewährleisten, ohne dass unterschiedlich konfigurierte Brennerlanzen in das Vormischbrennergehause implementiert werden müssen.Furthermore, it is possible to provide a plurality of fuel addition units arranged axially along the burner lance, which are individually connected to fuel supply lines. In this way, it is possible to ensure switching between the pilot gas supply described above and the premix pilot gas supply without having to implement differently configured burner lances in the premix burner housing.
Wird die als Innentubus ausgebildete Brennerlanze längs ihrer axialen Erstreckung weitgehend geradlinig ausgebildet, so dass der innere Strömungskanal einen nahezu konstanten Strömungsquerschnitt längs seiner Erstreckung aufweist, so bildet sich mit der vorstehend beschriebenen Vormischbrennervariante eine innerhalb der Brennkammer stabile Flammenfront aus. Eine derartige Brennerkonfiguration führt demzufolge zu einer einstufigen Verbrennung.If the burner lance designed as an inner tube is largely rectilinear along its axial extent, so that the inner flow channel has an almost constant flow cross-section along its extent, then the premix burner variant described above forms one within the Combustion chamber stable flame front. Such a burner configuration consequently leads to a single-stage combustion.
Wird jedoch die Innentubuswand im Bereich des stromabwärtigen Endes der Brennerlanze derart trichterförmig ausgebildet, so dass sich der innere Strömungskanal vor dem Ende der Brennerlanze in Strömungsrichtung divergent aufweitet und ist zudem ein Drallerzeuger für die in dem inneren Strömungskanal eintretende Luft am stromaufwärtigen Ende der Brennerlanze vorgesehen, so kann sich bei geeigneter Brennstoffeinspeisung in den inneren Strömungskanal eine noch innerhalb des inneren Strömungskanals auftretende zweite Flammenfront ausbilden, die axial der vorbeschriebenen Flammenfront innerhalb der Brennkammer vorgelagert ist. Eine derartige zweistufige Verbrennung ist mit dem Vorteil verbunden, dass die bei der axial vorgelagerten Verbrennung entstehenden Rauchgase der axial stromab nachfolgenden Verbrennung zugeführt werden, wodurch entscheidend die durch die Verbrennung entstehenden Stickoxyde reduziert werden können.However, if the inner tube wall in the region of the downstream end of the burner lance is designed in a funnel-shaped manner so that the inner flow channel widens divergently in the flow direction before the end of the burner lance, and a swirl generator is also provided for the air entering the inner flow channel at the upstream end of the burner lance With a suitable fuel feed into the inner flow channel, a second flame front still occurring within the inner flow channel can be formed, which is located axially in front of the above-described flame front within the combustion chamber. Such a two-stage combustion is associated with the advantage that the flue gases generated during the axially upstream combustion are fed to the combustion downstream axially, whereby the nitrogen oxides produced by the combustion can be significantly reduced.
Entscheidend für die Ausbildung einer zweistufigen Verbrennung ist die Ausbildung des stromabwärtigen Endbereiches der Brennerlanze als Diffusor durch den die im inneren Strömungskanal eingebrachte Drallströmung noch innerhalb des Bereiches der Brennerlanze aufplatzt und eine stabile Flammenfront bildet. Eine entsprechende gasförmige Brennstoffzugabeeinheit ist innerhalb der Tubuswand zwischen dem Drallerzeuger und dem Diffusorbereich der Brennerlanze zu positionieren.Decisive for the formation of a two-stage combustion is the formation of the downstream end region of the burner lance as a diffuser, through which the swirl flow introduced in the inner flow channel still bursts within the region of the burner lance and forms a stable flame front. A corresponding gaseous fuel addition unit is to be positioned within the tube wall between the swirl generator and the diffuser area of the burner lance.
Durch den erfindungsgemäßen modularen Vormischbrenneraufbau ist eine große Variabilität für die Ausbildung eines Vormischbrenners möglich, der von einem einstufigen System mit Pilotgaszufuhr oder vorgemischtem Pilot bis zu einem zweistufigen Brennersystem mit zwei klar voneinander axial getrennten Flammenpositionen führt. Eine derartig große Varianz wird lediglich durch den Austausch der inneren Brennerlanze möglich. Auch ergibt sich durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Vormischbrenners eine Vielfalt unterschiedlicher Möglichkeiten in welcher Form Brennstoff, gleich ob es sich um gasförmigen wie auch Flüssigbrennstoff handelt, der Verbrennungszuluft beigemischt werden kann. Wie vorstehend erläutert, lässt sich problemlos eine axiale Stufung der Brennstoffeindüsung realisieren, um beispielsweise den Zeitverzug zwischen Brennstoffeindüsung und Flammenposition optimal aufeinander abzustimmen.The modular premix burner structure according to the invention enables great variability for the formation of a premix burner, which leads from a single-stage system with pilot gas supply or premixed pilot to a two-stage burner system with two flame positions that are clearly axially separated from one another. Such a large variance is only possible by exchanging the inner burner lance. The structure of the premix burner according to the invention also results in a multitude of different possibilities in which form fuel, regardless of whether it is gaseous or liquid fuel, can be added to the combustion air. As explained above, an axial gradation of the fuel injection can be implemented without any problems, for example in order to optimally coordinate the time delay between fuel injection and flame position.
Mit dem erfindungsgemäßen Vormischbrennerkonzept sind folgende Vorteile gegenüber bestehenden Brennerkonzepten verbunden:The premix burner concept according to the invention has the following advantages over existing burner concepts:
1. stabilere Flammenposition,1. more stable flame position,
2. tiefere Emissionen (CO, UHC, NOx),2. lower emissions (CO, UHC, NO x ),
3. geringe Pulsation durch klar definierte Flammenposition,3. low pulsation due to clearly defined flame position,
4. vollständiger Ausbrand,4. complete burnout,
5. großer Betriebsbereich,5. large operating area,
6. modularer Aufbau,6. modular structure,
7. verbesserte Mischung für den jeweiligen Betriebspunkt, und7. improved mixture for the respective operating point, and
8. kleinere Zetawertgradienten.8. smaller zeta gradient.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen . .The invention is hereinafter described without limitation of the general. ,
Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The inventive concept is described by way of example using exemplary embodiments with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 bis 7 unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgebildeten Vormischbrenners mit einstufiger Verbrennung, sowie1 to 7 different embodiments of a premix burner designed according to the invention with single-stage combustion, and
Fig. 8 und 9 unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgebildeten Vormischbrenners mit zweistufiger Verbrennung. Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit8 and 9 different embodiments of a premix burner designed according to the invention with two-stage combustion. WAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION, INDUSTRIAL APPLICABILITY
In sämtlichen Figuren sind Längsschnittbilder durch den Vormischbrenneraufbau dargestellt, dessen eingezeichnete Wandungen rotationssymmetrische Körper darstellen, so dass in allen Figuren lediglich die obere Hälfte des Längsschnittes dargestellt und beschrieben sind.In all the figures, longitudinal sectional images are shown through the premix burner structure, the drawn walls of which represent rotationally symmetrical bodies, so that only the upper half of the longitudinal section is shown and described in all the figures.
In Fig. 1 ist gleichsam aller Figuren 1 bis 9 ein röhr- oder tubusförmiges Vormischbrennergehause 1 dargestellt, das an seinem in der Zeichnung dargestellten linken Ende offen ausgebildet ist. Das Vormischbrennergehause 1 wird grundsätzlich in der Zeichenebene von links nach rechts mit Zuluft 12, 13 durchströmt. Axial in Strömungsrichtung dem Vormischbrennergehause 1 nachgeordnet, ist eine Übergangskontur 2 vorgesehen, die den Strömungsquerschnitt des Vormischbrennergehäuses in Art einer Venturidüse verjüngt. An dem sich im Strömungsquerschnitt wieder aufweitenden Bereich der Übergangskontur 2 schließt sich nahtlos die Brennkammer 3 an, in der sich, wie nachstehend im einzelnen erläutert wird, eine stabile Flammenfront 4 ausbildet. Der vorstehend beschriebene Aufbau findet sich in allen Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 1 bis 9 wieder, so dass auf diesen Grundaufbau im weiteren nicht wiederholt eingegangen wird.1 shows, as it were all Figures 1 to 9, a tubular or tubular premix burner housing 1 which is open at its left end shown in the drawing. The premix burner housing 1 is generally flowed through in the drawing plane from left to right with supply air 12, 13. Downstream of the premix burner housing 1 axially in the flow direction, a transition contour 2 is provided which tapers the flow cross section of the premix burner housing in the manner of a Venturi nozzle. The combustion chamber 3, in which, as will be explained in detail below, a stable flame front 4 forms, adjoins the region of the transition contour 2 which widens again in the flow cross section. The structure described above can be found in all the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 9, so that this basic structure will not be discussed again in the following.
Im Inneren des Vormischbrennergehäuses 1 ist eine als Innentubus ausgebildete Brennerlanze 5 eingebracht, die über eine Innentubuswand 51 verfügt, mit der sie zusammen mit dem Vormischbrennergehause 1 einen ringförmigen Strömungskanal 6 einschließt. Im Inneren der Brennerlanze 5 ist ein innerer Strömungskanal 7 durch die innere Innentubuswand 51 eingeschlossen. Die Brennerlanze 5 weist gemäß den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 7 einen nahezu geradlinigen Innentubuswandverlauf auf, so dass die Strömungsquerschnitte sowohl des ringförmigen als auch inneren Strömungskanals längs der Erstreckung der Brennerlanze 5 nahezu konstant bleiben.In the interior of the premix burner housing 1, a burner lance 5 designed as an inner tube is introduced, which has an inner tube wall 51 with which it, together with the premix burner housing 1, encloses an annular flow channel 6. Inside the burner lance 5, an inner flow channel 7 is enclosed by the inner inner tube wall 51. According to the exemplary embodiments in FIGS. 1 to 7, the burner lance 5 has an almost straight inner tube wall profile, so that the flow cross sections of both the annular and the inner flow channel remain almost constant along the extension of the burner lance 5.
Im Inneren der Innentubuswand 51 befinden sich Brennstoffzugabeeinheiten 8, 9, 10. Aus der Brennstoffzugabeeinheit 8 strömt gasförmiger Brennstoff in den ringförmigen Strömungskanal 6, wohingegen aus der axial der Brennstoffzugabeeinheit 8 nachgeordneten Brennstoffzugabeeinheit 9 Flüssigbrennstoff in den ringförmigen Strömungskanal 6 eingespeist wird. Durch die Brennstoffzugabeeinheit 10, die nahe dem stromabwärtigen Ende der Brennerlanze 5 angeordnet ist, wird gasförmiger Brennstoff in den inneren Strömungskanal 7 eingespeist. Ebenso befindet sich an der Brennerlanze 5 ein Drallerzeuger 11 , der für eine gezielte Verwirbelung der in den ringförmigen Strömungskanal 6 einströmenden Sekundärluft 12 sorgt. Die verdrallte Sekundärluft 12 vermischt sich längs des ringförmigen Strömungskanals 6 mit den eingespeisten Brennstoffarten zu einem nahezu homogen verteilten Brennstoff-/Luft-Gemisch, das nach Zusammenführung im Bereich der Übergangskontur 2 und entsprechender Geschwindigkeitserhöhung bedingt durch die Venturidüsenkontur im Bereich der Brennkammer 3 zur Zündung gebracht wird. Durch das Aufplatzen der Drallströmung stellt sich eine dynamische Rückströmzone 41 ein, die durch die räumlich stabile Flammenfront 4 charakterisiert ist. Zu Zwecken der Stabilisation der sich innerhalb der Brennkammer 3 ausbildenden Flammenfront 4, insbesondere in geringen Lastbereichen, d.h. mageren Betriebsweisen, dient eine gezielte Pilotgaszuführung über die Brennstoffzugabeeinheit 10, die aufgrund ihrer räumlichen Nähe zur Flammenfront 4 zu einer Diffusionsflamme führt und somit die Flammenfront 4 zu stabilisieren vermag. Gleichsam der Luftzuführung durch den ringförmigen Strömungskanal 6 ist der innere Strömungskanal 7 stromauf ebenso offen, jedoch ohne Drallerzeuger ausgebildet, so dass durch den inneren Strömungskanal 7 Primärluft 13 zugeführt werden kann.Inside the inner tube wall 51 there are fuel addition units 8, 9, 10. Gaseous fuel flows out of the fuel addition unit 8 into the annular one Flow channel 6, whereas liquid fuel is fed into the annular flow channel 6 from the fuel addition unit 9 axially downstream of the fuel addition unit 8. Gaseous fuel is fed into the inner flow channel 7 through the fuel addition unit 10, which is arranged near the downstream end of the burner lance 5. Likewise, on the burner lance 5 there is a swirl generator 11, which ensures a targeted swirling of the secondary air 12 flowing into the annular flow channel 6. The swirled secondary air 12 mixes along the annular flow channel 6 with the fuel types fed to form an almost homogeneously distributed fuel / air mixture which, after merging in the area of the transition contour 2 and corresponding speed increase, caused by the Venturi nozzle contour in the area of the combustion chamber 3 to ignite becomes. The bursting of the swirl flow results in a dynamic backflow zone 41, which is characterized by the spatially stable flame front 4. For the purposes of stabilizing the flame front 4 which forms within the combustion chamber 3, in particular in low load ranges, ie lean operating modes, a targeted pilot gas supply via the fuel addition unit 10 is used, which leads to a diffusion flame due to its spatial proximity to the flame front 4 and thus to the flame front 4 can stabilize. As it were the air supply through the annular flow channel 6, the inner flow channel 7 is also open upstream, but without swirl generator, so that primary air 13 can be supplied through the inner flow channel 7.
Durch den kompakten Aufbau und mit allen, für die Strömungsmanipulation und Brennstoffzufuhr erforderlichen Einzelkomponenten versehenen Brennerlanze 5 kann das mit der Brennkammer 3 verbundene Vormischbrennergehause 1 mit individuell konzipierten Brennerlanzen bestückt werden. Dies soll aus den in nicht abschließender Anzahl nachstehenden Figuren beschrieben werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden bereits beschriebene und mit Bezugszeichen versehene Anlagenkomponenten nicht erneut im einzelnen erläutert. Im übrigen wird auf die beigefügte Bezugszeichenliste verwiesen. Im Unterschied zur Fig. 1 weist die in Fig. 2 dargestellte Vormischbrennervariante eine Brennstoffzugabeeinheit 8' auf, die nicht innerhalb der Brennerlanze 5 integriert ist, sondern von außen durch das Vormischbrennergehause 1 gasförmigen Brennstoff in den ringförmigen Strömungskanal 6 einspeist. Der übrige Aufbau gleicht dem des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel soll aufzeigen, dass eine entsprechend konfigurierte Brennerlanze 5 in ein Vormischbrennergehause 1 eingebracht werden kann, das seinerseits über bestimmte Peripheriekomponenten, wie beispielsweise eine Brennstoffzugabeeinheit 8' zur Zuführung gasförmigen Brennstoffes aufweist. Dies verdeutlicht die nahezu beliebig zur Verfügung stehende Variabilität für die Konfiguration der Brennerlanze 5.Due to the compact design and with all the burner lance 5 provided for the flow manipulation and fuel supply, the premix burner housing 1 connected to the combustion chamber 3 can be equipped with individually designed burner lances. This is to be described from the figures below, in a non-exhaustive number. To avoid repetitions, system components that have already been described and provided with reference symbols are not explained again in detail. For the rest, reference is made to the attached list of reference symbols. In contrast to FIG. 1, the premix burner variant shown in FIG. 2 has a fuel addition unit 8 ′, which is not integrated within the burner lance 5, but instead feeds gaseous fuel into the annular flow channel 6 through the premix burner housing 1. The remaining structure is the same as that of the exemplary embodiment according to FIG. 1. The exemplary embodiment shown in FIG. 2 is intended to show that a correspondingly configured burner lance 5 can be introduced into a premix burner housing 1, which in turn is supplied via certain peripheral components, such as a fuel addition unit 8 ′ Has gaseous fuel. This illustrates the almost arbitrarily available variability for the configuration of the burner lance 5.
Fig. 3 zeigt einen Vormischbrenner mit einer im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 axial vom stromabwärtigen Ende der Brennerlanze 5 beabstandeten Brennstoffzugabeeinheit 10 zur Einspeisung gasförmigen Brennstoffes in den inneren Strömungskanal 7. Eine derartige Pilotgaszuführung in den inneren Strömungskanal 7, die axial weit von der sich innerhalb der Brennkammer 3 ausbildenden Flammenfront 4 erfolgt und nicht als Diffusionsflamme zur Zündung gelangt, vermag sich mit der zugeführten Primärluft 13 zu durchmischen und mit dem restlichen Brennstoff-/Luft-Gemisch, das aus dem ringförmigen Strömungskanal 6 herrührt, zu durchmischen. Eine derartige Premix- Pilotgaszuführung dient insbesondere der Leistungssteigerung des Vormischbrenners für einen Gasturbinenbetrieb unter hoher Last.3 shows a premix burner with a fuel addition unit 10, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, spaced axially from the downstream end of the burner lance 5 for feeding gaseous fuel into the inner flow channel 7. Such a pilot gas supply into the inner flow channel 7, which is axially far from the The flame front 4 which forms within the combustion chamber 3 and does not come to ignition as a diffusion flame can mix with the primary air 13 supplied and mix with the remaining fuel / air mixture which originates from the annular flow channel 6. Such a premix pilot gas supply serves in particular to increase the performance of the premix burner for gas turbine operation under high load.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sieht die Fig. 4 eine Flüssigbrennstoffeindüsung unmittelbar am Ende der Brennerlanze 5 vor. Mit Hilfe einer derartigen Maßnahme kann insbesondere die axial räumliche Position der Flammenfront 4 beeinflusst werden und überdies das Brennstoff-/Luft-Verhältnis im Mischungsbereich beeinflusst werden.In contrast to the exemplary embodiment in FIG. 3, FIG. 4 provides a liquid fuel injection directly at the end of the burner lance 5. With the help of such a measure, the axial spatial position of the flame front 4 can be influenced in particular and the fuel / air ratio in the mixing area can also be influenced.
Fig. 5 a zeigt eine mehrstufige Brennstoffzugabeeinheit 8" zur Einspeisung gasförmigen Brennstoffes in den ringförmigen Strömungskanal 6. Gemäß Fig. 5b ist die Brennerlanze 5 perspektivisch dargestellt, die über eine Austrittsöffnung 52 verfügt, durch die der innere Strömungskanal 7 mündet. An der Außenseite der Innentubuswand 51 der Brennerlanze 5 sind axial hintereinander mehrere Brennstoffzugabeöffnungen 8" vorgesehen, durch die gasförmiger Brennstoff in den ringförmigen Strömungskanal 6 einmündet. Die Brennstoffzugabeöffnungen 8" können entweder linear axial hintereinander angeordnet oder auch zirkulär zueinander versetzt positioniert sein.FIG. 5 a shows a multi-stage fuel addition unit 8 ″ for feeding gaseous fuel into the annular flow channel 6. According to FIG. 5 b the burner lance 5 shown in perspective, which has an outlet opening 52 through which the inner flow channel 7 opens. On the outside of the inner tube wall 51 of the burner lance 5, several fuel addition openings 8 ″ are provided axially one behind the other, through which gaseous fuel flows into the annular flow channel 6. The fuel addition openings 8 ″ can either be arranged linearly axially one behind the other or can also be positioned in a circular offset.
In Fig. 6 weisen der ringförmige sowie auch der innere Strömungskanal an Stellen, an denen eine gasförmige Brennstoffzugabeeinheit 8, 10 vorgesehen ist, einen konisch verengten Strömungsquerschnitt auf, wobei die Brennstoffzugabeeinheit am engsten Strömungsquerschnitt angebracht ist, um eine lokale Strömungsrückführung (Flashback) zu vermeiden. Zusätzlich ist im inneren Strömungskanal 7 ein weiterer Drallerzeuger 14 vorgesehen, der die Primärluft 13 mit einer bestimmten Drallzahl verwirbelt.In FIG. 6, the annular and also the inner flow channel have a conically narrowed flow cross section at locations where a gaseous fuel addition unit 8, 10 is provided, the fuel addition unit being arranged at the narrowest flow cross section in order to avoid local flow feedback (flashback) , In addition, a further swirl generator 14 is provided in the inner flow channel 7, which swirls the primary air 13 with a specific swirl number.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 6 sieht das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 eine Brennstoffzugabeeinheit 9' vor, durch die von Seiten des Vormischbrennergehäuses 1 Flüssigbrennstoff in den ringförmigen Strömungskanal 6 eingespeist wird. Auch in diesem Fall weist die Vormischbrennergehäusewand sowie die Innentubuswand 51 an den Stellen der Brennstoffeinspeisung venturidüsenartig ausgebildete Konturen auf.In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 6, the exemplary embodiment according to FIG. 7 provides a fuel addition unit 9 ′, through which liquid fuel is fed into the annular flow channel 6 from the premix burner housing 1. In this case too, the premix burner housing wall and the inner tube wall 51 have contours designed in the manner of a venturi nozzle at the points of the fuel feed.
Im Unterschied zu den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen weist die Brennerlanze 5 in der Fig. 8 am stromabwärtigen Bereich eine als Diffusor ausgebildete Kontur 15 auf, durch die der Strömungsquerschnitt des inneren Strömungskanals 7 konisch aufgeweitet wird. In Verbindung mit einem stromauf innerhalb des inneren Strömungskanals 7 positionierten Drallerzeugers 14 und einer stromab des Drallerzeugers 14 innerhalb der Brennerlanze 5 integrierten Brennstoffzugabeeinheit 10, durch die gasförmiger Brennstoff in den inneren Strömungskanal 7 eingespeist wird, entsteht eine Brennstoff-/Luft-Drallströmung, die aufgrund des sich aufweitenden Strömungsquerschnittes im Bereich einer ersten Rückströmzone 161 aufplatzt, zur Zündung gelangt und eine erste stabile Flammenfront 16 bildet. Die innerhalb der ersten Verbrennungsstufe entstehenden Rauchgase werden der axial stromab nachgeordneten Verbrennung, beginnend mit der stabilen Flammenfront 4, einem weiteren Verbrennungsvorgang zugeführt, wodurch die NOx-Abgas werte erheblich reduziert werden können.In contrast to the above-mentioned exemplary embodiments, the burner lance 5 in FIG. 8 has a contour 15 designed as a diffuser at the downstream region, through which the flow cross section of the inner flow channel 7 is widened conically. In connection with a swirl generator 14 positioned upstream within the inner flow channel 7 and a fuel addition unit 10 integrated downstream of the swirl generator 14 within the burner lance 5, through which gaseous fuel is fed into the inner flow channel 7, a fuel / air swirl flow occurs, which is due to of the widening flow cross section in the area of a first Backflow zone 161 bursts, comes to ignition and forms a first stable flame front 16. The flue gases generated within the first combustion stage are fed to the combustion downstream, starting with the stable flame front 4, of a further combustion process, as a result of which the NO x exhaust gas values can be considerably reduced.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 zeigt einen im Unterschied zu Fig. 8 geradlinig ausgebildeten Diffusor 15, durch den in gleicher weise eine zweistufige Verbrennung realisiert werden kann. The exemplary embodiment according to FIG. 9 shows a diffuser 15 which, in contrast to FIG. 8, has a rectilinear design, by means of which two-stage combustion can be implemented in the same way.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Vormischbrennergehause Übergangskontur BrennkammerPremix burner housing Transition contour combustion chamber
Flammenfront 1 RückströmzoneFlame front 1 backflow zone
Brennerlanze 1 Innentubuswand 2 AustrittsöffnungBurner lance 1 inner tube wall 2 outlet opening
Ringförmiger StrömungskanalAnnular flow channel
Innerer Strömungskanal ,9,10 Brennstoffzugabeeinheiten 1 Drallerzeuger 2 Sekundärluft 3 PrimärluftInner flow channel, 9.10 fuel addition units 1 swirl generator 2 secondary air 3 primary air
Drallerzeuger 5 DiffusorSwirl generator 5 diffuser
Flammenfront 1 Rückströmzone Flame front 1 backflow zone

Claims

Patentansprüche claims
1. Vormischbrenner, in dem Brennstoff und Luft zu einem Brennstoff/Luft- Gemisch mischbar sind, zur Ausbildung wenigstens einer stabilen Flammenfront (4) innerhalb einer stromab angeordneten Brennkammer (3) zum Antrieb einer der Brennkammer (3) nachgeordneten Gasturbine mit einem Vormischbrennergehause (1 ), das tubusartig stromauf offen ausgebildet und über eine Übergangskontur (2) stromab mit der Brennkammer (2) verbunden ist und von Luft durchströmbar ist, einer als Innentubus ausgebildeten Brennerlanze (5), die stromaufseitig in das Innere des Vormischbrennergehäuses (1) hineinragt, einen mit dem Vormischbrennergehause (1 ) im Querschnitt ringförmigen Strömungskanal (6) einschließt, und eine Innentubuswand aufweist, die einen inneren Strömungskanal (7) umschließt und in der wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit (10) zum Einspeisen von Brennstoff in den inneren Strömungskanal (7) vorgesehen ist und wenigstens eine weitere Brennstoffzugabeeinheit (8, 9) zum Einspeisen von Brennstoff in den ringförmigen Strömungskanal (6) derart vorgesehen ist, dass stromab des Innentubus im Bereich der Brennkammer (3) das Brennstoff-/Luft- Gemisch innerhalb der Flammenfront (4) zündet.1. premix burner, in which fuel and air can be mixed to form a fuel / air mixture, to form at least one stable flame front (4) within a downstream combustion chamber (3) for driving a gas turbine downstream of the combustion chamber (3) with a premix burner housing ( 1), which is open upstream like a tube and is connected downstream to the combustion chamber (2) via a transition contour (2) and through which air can flow, a burner lance (5) designed as an inner tube, which projects upstream into the interior of the premix burner housing (1) , includes a flow channel (6) which is annular in cross section with the premix burner housing (1), and has an inner tube wall which encloses an inner flow channel (7) and in which at least one fuel addition unit (10) for feeding fuel into the inner flow channel (7) is provided and at least one further fuel addition unit (8, 9) for feeding in Fuel is provided in the annular flow channel (6) such that the fuel / air mixture ignites within the flame front (4) downstream of the inner tube in the region of the combustion chamber (3).
2. Vormischbrenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innentubus (5) stromauf und stromab offen ausgebildet ist und von Luft (12, 13) durchströmbar ist.2. premix burner according to claim 1, characterized in that the inner tube (5) is open upstream and downstream and can be flowed through by air (12, 13).
3. Vormischbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innentubus (5) stromab im Bereich der Übergangskontur (2) endet. 3. premix burner according to claim 1 or 2, characterized in that the inner tube (5) ends downstream in the region of the transition contour (2).
4. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangskontur (2) den lichten Durchmesser des Vormischbrennergehäuses (1 ) stromab verjüngt und in Art einer Venturidüse einen sich aufweitenden Strömungsquerschnitt zur Brennkammer (3) aufweist.4. premix burner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transition contour (2) tapers the inside diameter of the premix burner housing (1) downstream and has a widening flow cross-section to the combustion chamber (3) in the manner of a Venturi nozzle.
5. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als Innentubus ausgebildete Brennerlanze (5) modulartig in das Vormischbrennergehause (1) einsetzbar ist.5. premix burner according to one of claims 1 to 4, characterized in that the burner lance (5) designed as an inner tube can be inserted in a modular manner into the premix burner housing (1).
6. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite der Innentubuswand ein Dralierzeuger (1 ) für die den ringförmigen Strömungskanal (6) durchströmende Luft angebracht ist.6. premix burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the outside of the inner tube wall, a swirl generator (1) is attached for the air flowing through the annular flow channel (6).
7. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite der Innentubuswand ein Drallerzeuger (14) für die den inneren Strömungskanal durchströmende Luft (13) vorgesehen ist.7. premix burner according to one of claims 1 to 6, characterized in that on the inside of the inner tube wall a swirl generator (14) is provided for the air flowing through the inner flow channel (13).
8. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Brennstoffzugabeeinheiteπ (8, 9, 10) sowohl für die Brennstoffeinspeisung in den inneren (6) sowie in den ringförmigen Strömungskanal (7) gasförmiger oder flüssiger Brennstoff einspeisbar sind.8. premix burner according to one of claims 1 to 7, characterized in that gaseous or liquid fuel can be fed in through the fuel addition units (8, 9, 10) both for the fuel feed into the inner (6) and into the annular flow channel (7).
9. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass längs des Innentubus wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit (8) vorgesehen ist, durch die gasförmiger Brennstoff in den ringförmigen Strömungskanal (6) einspeisbar ist, dass stromab der wenigstens einen Brennstoffzugabeeinheit (8) wenigstens eine weitere Brennstoffzugabeeinheit (9) vorgesehen ist, vermittels der Flüssigbrennstoff in den ringförmigen Strömungskanal (6) einspeisbar ist. 9. premix burner according to one of claims 1 to 8, characterized in that along the inner tube at least one fuel addition unit (8) is provided, through which gaseous fuel can be fed into the annular flow channel (6) that downstream of the at least one fuel addition unit (8) At least one further fuel addition unit (9) is provided, by means of which liquid fuel can be fed into the annular flow channel (6).
10. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit (9) stromabseitig am Innentubus vorgesehen ist, durch die Flüssigbrennstoff in einen von der Übergangskontur (2) umschlossenen Mischbereich stromauf zur Flammenfront (4) einspeisbar ist.10. Premix burner according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one fuel addition unit (9) is provided on the downstream side of the inner tube, through which liquid fuel can be fed into a mixing area enclosed by the transition contour (2) upstream of the flame front (4).
11. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Brennstoffzugabeeinheiten (8, 9) für die Brennstoffeinspeisung in den ringförmigen (6) oder inneren (7) Strömungskanal axial hintereinander am Innentubus angeordnet sind.11. premix burner according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least two fuel addition units (8, 9) for the fuel feed in the annular (6) or inner (7) flow channel are arranged axially one behind the other on the inner tube.
12. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Innentubuswand derart ausgebildet ist, dass der innere Strömungskanal (7) einen weitgehend gleichbleibenden Strömungsquerschnitt längs zur axialen Erstreckung der Brennerlanze (5) aufweist.12. premix burner according to one of claims 1 to 11, characterized in that the inner tube wall is formed such that the inner flow channel (7) has a largely constant flow cross-section along the axial extension of the burner lance (5).
13. Vormischbrenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzugabeeinheit (10) zur Einspeisung gasförmigen Brennstoffes in den inneren Strömungskanal (7) im Bereich des stromabwärtigen Endes der Brennerlanze (5) vorgesehen ist und als Pilotgaszufuhr dient.13. premix burner according to claim 12, characterized in that a fuel addition unit (10) for feeding gaseous fuel into the inner flow channel (7) is provided in the region of the downstream end of the burner lance (5) and serves as a pilot gas supply.
14. Vormischbrenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzugabeeinheit (10) zur Einspeisung gasförmigen Brennstoffes in den inneren Strömungskanal (7) stromauf zum stromabwärtigen Endes der Brennerlanze (5) vorgesehen ist und als Premix- Pilotgaszufuhr dient. 14. Premix burner according to claim 12, characterized in that a fuel addition unit (10) for feeding gaseous fuel into the inner flow channel (7) is provided upstream of the downstream end of the burner lance (5) and serves as a premix pilot gas supply.
15. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Innentubuswand derart ausgebildet ist, dass der innere Strömungskanal (7) einen weitgehend gleichbleibenden Strömungsquerschnitt längs zur axialen Erstreckung der Brennerlanze (5) aufweist und sich innerhalb des stromabwärtigen Bereich der Brennerlanze (5) aufweitet, und dass stromauf innerhalb des inneren Strömungskanals ein Drallerzeuger (14) vorgesehen ist.15. premix burner according to one of claims 1 to 11, characterized in that the inner tube wall is formed such that the inner flow channel (7) has a largely constant flow cross-section along the axial extension of the burner lance (5) and is within the downstream region of the burner lance (5) expands, and that a swirl generator (14) is provided upstream within the inner flow channel.
16. Vormischbrenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit (10) zur Einspeisung gasförmigen Brennstoffes in den inneren Strömungskanal (7) unmittelbar stromauf des sich aufweitenden inneren Strömungskanals innerhalb der Innentubuswand vorgesehen ist, und dass sich zwei axial getrennte stabile Flammenfronten (16, 4) ausbilden, eine erste (16) innerhalb des sich im Strömungsquerschnitt aufweitenden inneren Strömungskanals und eine zweite (4) stromab des Innentubus im Bereich der Brennkammer (3).16. premix burner according to claim 15, characterized in that at least one fuel addition unit (10) for feeding gaseous fuel into the inner flow channel (7) is provided directly upstream of the widening inner flow channel within the inner tube wall, and that there are two axially separated stable flame fronts ( 16, 4), a first (16) within the inner flow channel widening in the flow cross section and a second (4) downstream of the inner tube in the region of the combustion chamber (3).
17. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vormischbrennergehause (1 ) und/oder die Innentubuswand der Brennerlanze (5) am Ort einer Brennstoffzugabeeinheit eine den ringförmigen (7) bzw. den inneren (6) Strömungskanal verjüngende Kontur in Art einer Venturidüse aufweist.17. Premix burner according to one of claims 1 to 14, characterized in that the premix burner housing (1) and / or the inner tube wall of the burner lance (5) has a contour tapering the annular (7) or the inner (6) flow channel at the location of a fuel addition unit in the manner of a Venturi nozzle.
18. Verfahren zum Befeuern einer Brennkammer (3) zum Antrieb einer Gasturbine unter Verwendung eines modularen Vormischbrenners nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des ringförmigen Strömungskanals (6) eine Drallströmung aus einem Brennstoff-/Luft-Gemisch erzeugt wird, die nach Durchtritt durch die Übergangskontur (2) innerhalb der Brennkammer (3) eine stabile Flammenfront (4) ausbildet, und dass gasförmiger Brennstoff in den inneren Strömungskanal (7) derart eingebracht wird, dass die Brennstoffzufuhr nahe dem stromabwärtigen Ende der Brennerlanze (5) erfolgt und als Pilotgaszufuhr dient und eine Diffusionsflamme ausbildet oder beabstandet stromauf zum stromabwärtigen Ende der Brennerlanze (5) erfolgt und als Premixgaszufuhr dient.18. A method for firing a combustion chamber (3) for driving a gas turbine using a modular premix burner according to one of claims 1 to 17, characterized in that a swirl flow is generated from a fuel / air mixture within the annular flow channel (6) which forms a stable flame front (4) after passing through the transition contour (2) within the combustion chamber (3), and that gaseous fuel is introduced into the inner flow channel (7) in such a way that the fuel is supplied near the downstream end of the burner lance (5) and serves as a pilot gas supply and forms a diffusion flame or is spaced upstream of the downstream end of the burner lance (5) and as a premix gas supply serves.
19. Verfahren zum Befeuern einer Brennkammer (3) zum Antrieb einer Gasturbine unter Verwendung eines modularen Vormischbrenners nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des ringförmigen Strömungskanals (6) eine Drallströmung aus einem Brennstoff-/Luft-Gemisch erzeugt wird, die nach Durchtritt durch die Übergangskontur (2) innerhalb der Brennkammer (3) eine stabile Flammenfront (4) ausbildet, und dass gasförmiger Brennstoff in den inneren Strömungskanal (7), der sich im stromabwärtigen Bereich der Brennerlanze (5) aufweitet, derart eingebracht wird, dass sich axial stromauf zur sich innerhalb der Brennkammer (5) ausbildenden Flammenfront (4) eine weitere Flammenfront (16) ausbildet.19. A method for firing a combustion chamber (3) for driving a gas turbine using a modular premix burner according to one of claims 15 to 17, characterized in that a swirl flow is generated from a fuel / air mixture within the annular flow channel (6) which forms a stable flame front (4) after passing through the transition contour (2) within the combustion chamber (3), and which introduces gaseous fuel into the inner flow channel (7) which widens in the downstream region of the burner lance (5) is that a further flame front (16) is formed axially upstream of the flame front (4) forming within the combustion chamber (5).
20. Verwendung des Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 17 als modularer Vormischbrenner durch Vorsehen eines Vormischbrennergehäuses (1 ) als Standardmodul und Bereitstellen von unterschiedlichen jeweils als Innentubus ausgebildeten Brennerlanzen (5), die unterschiedlich mit Brennstoffzugabeeinheiten (8, 9, 10) und/oder Drallerzeuger (11 , 14) konfiguriert sind und modulartig in das Innere des Vormischbrennergehäuses (1) integrierbar sind. 20. Use of the premix burner according to one of claims 1 to 17 as a modular premix burner by providing a premix burner housing (1) as a standard module and providing different burner lances (5) each designed as an inner tube, which are different with fuel addition units (8, 9, 10) and / or swirl generators (11, 14) are configured and can be integrated in modules into the interior of the premix burner housing (1).
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